9-1 材料

9钢筋工程9-1材料9-1-1钢筋品种与规格混凝土结构用的普通钢筋，可分为两类：热轧钢筋和冷加工钢筋（冷轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋、冷拔螺旋钢筋）。冷拉钢筋与冷拔低碳钢丝已逐渐淘汰。余热处理钢筋属于热轧钢筋一类。热轧钢筋的强度等级由原来的I级、II级、III级和IV级更改为按照屈服强度（MPa）分为235级、335级、400级、500级。《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第4.2.1条规定：普通钢筋宜采用热轧带肋钢筋HRB400级和HRB335，也可采用热轧光圆钢筋HPB235和余热处理钢筋RRB400级；并在条文说明中提倡用HRB400级（即新III级）钢筋作为我国钢筋混凝土结构的主力钢筋。该设计规范尚未列入HRB500级钢筋。冷轧带肋钢筋和冷轧扭钢筋因已有专门规程《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》（JGJ95-1995）和《冷轧扭钢筋混凝土构件技术规程》（JGJ115-1997）可供参考。9-1-1-1热轧钢筋热轧钢筋是经热轧成型并自然冷却的成品钢筋，分为热轧光圆钢筋和热轧带肋钢筋两种。热轧光圆钢筋应符合国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB13013-1991）的规定。热轧带肋钢筋应符合国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499-1998）的规定。1．尺寸、外形和重量热轧钢筋的直径、横截面面积和重量，见表9-1。热轧带肋钢筋的外形，见图9-1。热轧钢筋的直径、横截面面积和重量表9-1公称直径（mm）内径（mm）纵、横肋高h1、h2（mm）公称横截面面积（mm2）理论重量（kg/m）65.80.628.270.22287.70.850.270.395109.61.078.540.6171211.51.2113.10.8881413.41.4153.91.211615.41.5201.11.581817.31.6254.52.002019.31.7314.22.472221.31.9380.12.982524.22.1490.93.852827.22.2615.84.833231.02.4804.26.313635.02.610187.994038.72.912579.875048.53.2196415.42注：1.表中理论重量按密度为7.85g/cm3计算；2.重量允许偏差：直径6~12mm为±7%，14~20mm为±5%，22~50mm为±4%。图9-1月牙肋钢筋表面及截面形状d-钢筋内径；α-横肋斜角；h-横肋高度；β-横肋与轴线夹角；h1-纵肋高度；θ-纵肋斜角；a-纵肋顶宽；l-横肋间距；b-横肋顶宽带肋钢筋的横肋与钢筋轴线夹角β不应小于45°，当该夹角不大于70°时，钢筋相对面上横肋的方向应相反。横肋的间距l不得大于钢筋公称直径的0.7倍。横肋侧面与钢筋表面的夹角α不得小于45°。钢筋相对两面上横肋末端之间的间隙（包括纵肋宽度）总和不应大于钢筋公称周长的20％。2．化学成分热轧钢筋牌号和化学成分（熔炼分析），应符合表9-2的规定。热轧钢筋的化学成分表9-2强度等级代号牌号化学成分（％）CSiMnVNbTiPS不大于HPB235Q2350.14~0.220.12~0.300.30~0.65---0.0450.050HRB33520MnSi0.17~0.250.40~0.801.20~1.60---0.0450.045HRB40020MnSiV0.17~0.250.20~0.801.20~1.600.04~0.12--0.0450.04520MnSiNb0.17~0.250.20~0.801.20~1.60-0.02~0.04-0.0450.04520MnTi0.17~0.250.17~0.371.20~1.60--0.02~0.050.0450.0453．力学性能热轧钢筋的力学性能，应符合表9-3的规定。热轧钢筋的力学性能表9-3注：1.HRB500级钢筋尚未列入《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）。2.采用d＞40mm钢筋时，应有可靠的工程经验。根据需方要求，可供应满足下列条件的钢筋：（1）钢筋实测抗拉强度与实测屈服点之比不小于1.25；（2）钢筋实测屈服点与表9-3规定的最小屈服点之比不大于1.30。根据需方要求，钢筋可进行反向弯曲性能试验。其试验方法详见9-1-2-3节钢筋冷弯性能。9-1-1-2余热处理钢筋余热处理钢筋是经热轧后立即穿水，进行表面控制冷却，然后利用芯部余热自身完成回火处理所得的成品钢筋。余热处理钢筋应符合《钢筋混凝土用余热处理钢筋》（GB13014-1991）的规定。余热处理钢筋的表面形状同热轧带肋钢筋；其化学成分与20MnSi钢筋相同，力学性能见表9-4。余热处理钢筋的力学性能表9-49-1-1-3冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋是热轧圆盘条经冷轧或冷拔减径后在其表面冷轧成三面或二面有肋的钢筋。冷轧带肋钢筋应符合国家标准《冷轧带肋钢筋》（GB13788-1992）的规定。冷轧带肋钢筋的强度，可分为三种等级：550级、650级及800级（MPa）。其中，550级钢筋宜用于钢筋混凝土结构构件中的受力钢筋、架立筋、箍筋及构造钢筋；650级和800级钢筋宜用于中小型预应力混凝土构件中的受力主筋。1．尺寸、外形和重量。冷轧带肋钢筋的外形见图9-2。肋呈月牙型，三面肋沿钢筋横截面周围上均匀分布，其中有一面必须与另两面反向。肋中心线和钢筋轴线夹角β为40°~60°。肋两侧面和钢筋表面斜角α不得小于45°。肋间隙的总和应不大于公称周长的20％。冷轧带肋钢筋的尺寸、重量及允许偏差见表9-5。图9-2冷轧带肋钢筋表面及截面形状冷轧带肋钢筋的直径、横截面面积和重量表9-5公称直径d（mm）公称横截面积（mm2）理论重量kg/m（4）12.60.099519.60.154628.30.222738.50.302850.30.395963.60.4991078.50.61712113.10.888注：重量允许偏差±4%。2．化学成分冷轧带肋钢筋牌号与化学成分（熔炼分析），应符合表9-6的规定。冷轧带肋钢筋的化学成分表9-63．力学性能冷轧带肋钢筋的力学性能，应符合表9-7的规定。钢筋的强屈比σb/Q0.2应不小于1.05。当进行冷弯试验时，弯曲部位表面不得产生裂纹。冷轧带肋钢筋的力学性能表9-79-1-1-4冷轧扭钢筋冷轧扭钢筋是用低碳钢钢筋（含碳量低于0.25%）经冷轧扭工艺制成，其表面呈连续螺旋形（图9-3）。这种钢筋具有较高的强度，而且有足够的塑性，与混凝土粘结性能优异，代替HPB235级钢筋可节约钢材约30%。一般用于预制钢筋混凝土圆孔板、叠合板中的预制薄板，以及现浇钢筋混凝土楼板等。图9-3冷轧扭钢筋t-轧扁厚度；l1-节距冷轧扭钢筋应符合行业标准（冷轧扭钢筋）（JG3046-1998）的规定。其规格与力学性能分别见表9-8与表9-9。冷轧扭钢筋规格表9-8类型标志直径d（mm）公称截面面积A（mm2）轧扁厚度t（mm）不小于节距l1（mm）不大于公称重量G（kg/m）I型矩形6.529.53.7750.2328.045.34.2950.35610.068.35.31100.53612.098.36.21500.73314.0132.78.01701.042II型菱形12.097.88.01450.768注：实际重量和公称重量的负偏差不应大于5%。冷轧扭铜筋力学性能表9-9标志直径d（mm）抗拉强度σb（MPa）伸长率δ10（％）冷弯符号不小于弯曲角度弯心直径6.5~14.05804.51803dφt注：冷弯试验时，受弯部位表面不得产生裂纹。9-1-1-5冷拔螺旋钢筋冷拔螺旋钢筋是热轧圆盘条经冷拔后在表面形成连续螺旋槽的钢筋。山东省地方标准《冷拔螺旋钢筋混凝土中小型受弯构件设计与施工暂行规定》（DBJ14-BG3-96），可供参考。冷拔螺旋钢筋的外形见图9-4。其规格与力学性能分别见表9-10与表9-11。图9-4冷拔螺旋钢筋冷拔螺旋钢筋的尺寸、重量及允许偏差表9-10冷拔螺旋钢筋力学性能表9-11冷拔螺旋钢筋生产，可利用原有的冷拔设备，只需增加一个专用螺旋装置与陶瓷模具。该钢筋真有强度适中、握裹力强、塑性好、成本低等优点，可用于钢筋混凝土构件中的受力钢筋，以节约钢材；用于预应力空心板可提高延性，改善构件使用性能。9-1-2钢筋性能9-1-2-1钢筋力学性能钢筋的力学性能，可通过钢筋拉伸过程中的应力-应变图加以说明。热轧钢筋具有软钢性质，有明显的屈服点，其应力-应变图见图9-5。从图中可以看出，在应力达到a点之前，应力与应变成正比，呈弹性工作状态，a点的应力值σp称为比例极限；在应力超过a点之后，应力与应变不成比例，有塑性变形，当应力达到b点，钢筋到达了屈服阶段，应力值保持在某一数值附近上、下波动而应变继续增加，取该阶段最低点c点的应力值称为屈服点σs；超过屈服阶段后，应力与应变又呈上升状态，直至最高点d，称为强化阶段，d点的应力值称为抗拉强度（强度极限）σb；从最高点d至断裂点e'钢筋产生颈缩现象，荷载下降，伸长增大，很快被拉断。冷轧带肋钢筋的应力-应变图（图9-6），呈硬钢性质，无明显屈服点。一般将对应于塑性应变为0.2％时的应力定为屈服强度，并以σ0.2表示。图9-5热轧钢筋的应力-应变图图9-6冷轧带肋钢筋的应力-应变图提高钢筋强度，可减少用钢量，降低成本，但并非强度越高越好。高强钢筋在高应力下往往引起构件过大的变形和裂缝。因此，对普通混凝土结构，设计强度限值为360MPa。钢筋的延性通常用拉伸试验测得的伸长率表示。影响延性的主要因素是钢筋材质。热轧低碳钢筋强度虽低但延性好。随着加入合金元素和碳当量加大，强度提高但延性减小。对钢筋进行热处理和冷加工同样可提高强度，但延性降低。混凝土构件的延性表现为破坏前有足够的预兆（明显的挠度或较大的裂缝）。构件的延性与钢筋的延性有关，但并不等同，它还与配筋率、钢筋强度、预应力程度、高跨比、裂缝控制性能等有关。例如，即使延性最好的热轧钢筋，当配筋率过小或过大时，构伴均可能发生表现为断裂或混凝土碎裂的脆性破坏。而由延性并不高的钢丝、钢绞线配筋的构件，由于钢筋强度很高，在很大的变形和裂缝下也不致断裂。9-1-2-2钢筋锚固性能钢筋混凝土结构中，两种性能不同的材料能够共同受力是由于它们之间存在着粘结锚固作用，这种作用使接触界面两边的钢筋与混凝土之间能够实现应力传递，从而在钢筋与混凝土中建立起结构承载所必须的工作应力。钢筋在混凝土中的粘结锚固作用有：胶结力——即接触面上的化学吸附作用，但其影响不大；摩阻力——它与接触面的粗糙程度及侧压力有关，且随滑移发展其作用逐渐减小；咬合力——这是带肋钢筋横肋对肋前混凝土挤压而产生的，为带肋钢筋锚固力的主要来源；机械锚固力——这是指弯钩、弯折及附加锚固等措施（如焊锚板、贴焊钢筋等）提供的锚固作用。钢筋基本锚固长度，取决于钢筋强度及混凝土抗拉强度，并与钢筋外形有关。《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）给出了受拉钢筋的锚固长度la计算公式。（9-1）式中fy——普通钢筋的抗拉强度设计值（N/mm2）；ft——混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm2）；当混凝土强度等级高于C40时，按C40取值；α——钢筋外形系数，光面钢筋为0.16，带肋钢筋0.14，螺旋肋钢丝0.13；d——钢筋的公称直径（mm）。上式应用时，应将计算所得的基本锚固长度乘以对应于不同锚固条件的修正系数。本手册将基本锚固长度的计算结果列于表9-14。9-1-2-3钢筋冷弯性能钢筋冷弯是考核钢筋的塑性指标，也是钢筋加工所需的。钢筋弯折、做弯钩时应避免钢筋裂缝和折断。低强的热轧钢筋冷弯性能较好，强度较高的稍差，冷加工钢筋的冷弯性能最差。热轧钢筋的冷弯性能列于表9-3。根据用户要求，钢筋可进行反问弯曲性能试验。反向弯曲试验的弯心直径比弯曲试验相应增加一个钢筋直径，先正向弯曲45°，再反向弯曲23°。经反弯试验后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂缝。冷轧扭钢筋因截面的方向性，只能在扁平方向弯折一次，限制了它的施工适应性。9-1-